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Le salpêtre dans la poudre médiévale: nitrate de calcium ou de potassium?

Le salpêtre dans la poudre médiévale: nitrate de calcium ou de potassium?

Par Geoff Smith

Jusqu'à récemment, il était admis que la formulation de la poudre à canon était toujours basée sur des mélanges variables de charbon de bois, de soufre et de nitrate de potassium. Cela a récemment été contesté. Il a été affirmé que la poudre à canon primitive était à base de salpêtre de chaux qui est du nitrate de calcium. Cet article examine cette affirmation.

Les premiers détails documentaires sur la fabrication de poudre à canon connus dans la littérature occidentale sont contenus dans Das Feuerwerkbuch écrit vers 1400. La langue est le moyen haut allemand et nous sommes redevables au professeur Gerhard Kramer pour une traduction moderne. L'introduction de la traduction prétend que le texte «… se réfère exclusivement au nitrate de calcium» et que «… le nitrate de potassium a été introduit dans la fabrication de poudre vers le milieu du XVIe siècle.» Il est en outre déclaré que… «Cette déduction surprenante peut maintenant être considérée comme bien établie.» La traduction a été rapportée dans Actes du Comité international d'histoire de la technologie (ICOTECH) et l'éditeur des articles compilés ont fait remarquer que cela pourrait nécessiter une révision de notre compréhension actuelle de la poudre à canon primitive. L'idée a été répétée dans des publications plus récentes et semble prendre racine dans la littérature, les auteurs la citant comme un fait établi.

Contexte historique

La proposition selon laquelle toute la poudre à canon primitive était à base de nitrate de calcium représente un changement si important dans notre compréhension de l'histoire de ce mélange important qu'il devrait raisonnablement être attendu qu'il résiste à des tests rigoureux avant d'être universellement accepté. En particulier, toute théorie doit passer le test du rasoir d’Occam; qu'il devrait être étayé par les preuves disponibles et qu'aucune explication plus simple n'est disponible.

Premièrement, il faut reconnaître que les termes salpêtre ou nitre étaient définis de manière vague à l'époque et de peu d'utilité. Les produits chimiques des 14 / 15e siècles pouvaient avoir des noms différents selon les localités et jusqu'aux environs du 17e siècle, ils ne peuvent être identifiés de manière fiable que par leurs caractéristiques associées d'apparence, de goût, d'odeur ou de réaction avec d'autres matériaux.

Le salpêtre était historiquement soit collecté à partir de dépôts naturels dans des emplacements géographiques très limités, soit, plus généralement, extrait de matières organiques en décomposition. La bouse, l'urine et la matière végétale étaient empilées et laissées fermenter. L'ammoniac dans le mélange a été converti en nitrite par Nitrosomes et cela a été converti en nitrate par Nitrobacter. Ces deux organismes nécessitent un environnement neutre ou légèrement alcalin pour fonctionner, alors que la matière en décomposition est naturellement acide. De la chaux a été ajoutée, comme en agriculture, pour réduire l'acidité du tas à un niveau plus approprié. Il y avait donc une grande quantité de calcium présente dans le mélange. Cependant, le carbonate et le sulfate de calcium sont tous deux essentiellement insolubles dans l'eau et on ne peut pas supposer que les ions calcium étaient proportionnellement présents dans le lixiviat ultérieur. Le salpêtre a été fabriqué par cette méthode bien après la Première Guerre mondiale et a été bien documenté en utilisant la terminologie moderne. La liqueur est riche en nitrate et contient des proportions variables d'ions sodium, calcium et potassium. Classiquement, le sel de potassium est amélioré par l'addition d'un excès de potassium sous forme de potasse dérivée de cendre de bois. Cette opération est décrite pour la première fois dans la littérature occidentale par Biringuccio dans son Pyrotechnica daté vers 1538. Depuis ce post-dates Das Feuerwerkbuch (1432) qui ne mentionne pas la procédure, les traducteurs en tirent la conclusion que la conversion chimique n'a pas eu lieu et que seul du nitrate de calcium s'est formé.

Ce point de vue est ouvert à contester sur un certain nombre de fronts. Le texte arabe du XIIIe siècle de Hassan al-Rammah donne une description détaillée de la purification du salpêtre à l'aide de cendre de bois. Il faut se rappeler que le commerce avec l’Est était bien établi à cette époque et qu’une vision purement eurocentrique ne tient pas compte de cela. Le salpêtre était importé des terres arabes et les alchimistes occidentaux ont reconnu que l'art était le plus développé là-bas, d'où Al-chemie. Das Feuerwerkbuch, Folio 78, indique que le sel a été importé en Allemagne et met en garde spécifiquement contre la difficulté d'obtenir un produit de bonne qualité depuis (ou via) Venise.

Chimie des cristaux

Même en l'absence d'ions potassium supplémentaires, la solubilité relative des sels présents dicte que la première récolte de cristaux précipités à partir d'une solution concentrée de refroidissement sera du nitrate de potassium. Les sels de sodium et de calcium indésirables restent en solution pour être rejetés ou, dans les développements ultérieurs de la technologie, recyclés. Le rendement serait faible comparé au procédé ultérieur amélioré au potassium et la pureté serait limitée par une seule cristallisation, mais le produit serait néanmoins en grande partie du salpêtre de potassium.

Il convient de noter que les instructions de purification du salpêtre spécifient universellement la cristallisation fractionnée plutôt que l'évaporation à sec qui ne séparerait pas les contaminants. Dans l'Inde coloniale, l'extraction du salpêtre était le devoir de la Nuniah. Il lui était expressément interdit de permettre à l'évaporation d'aller jusqu'à cristalliser le chlorure de sodium par les autorités des accises, car il s'agissait d'un monopole différent et soumis à une taxation différente.

Preuve textuelle

Le fait qu'un texte publié ne mentionne pas de procédure ne prouve pas qu'il n'a pas été compris et / ou couramment utilisé. Das Feuerwerkbuch enregistre un large éventail de formulations et a vraisemblablement servi d'aide-mémoire pour les artilleurs dont on ne pouvait pas s'attendre à ce qu'ils se souviennent avec précision des proportions de tous les mélanges énumérés. Cependant, les artisans médiévaux étaient bien connus pour garder les secrets de leur métier. Il semble très crédible que le seul secret crucial d’une poudre à canon réussie n’aurait été transmis verbalement qu’à la fin de la formation d’un apprenti. En effet, il n'est pas rare aujourd'hui d'enregistrer un brevet suffisamment détaillé pour protéger un procédé sans donner tous les détails nécessaires au succès de la fabrication.

Il vaut également la peine de considérer le copiste (inconnu) du manuscrit. Il est fort possible que le dossier ait été dicté à un scribe qui n'a pas compris (ou n'a pas été informé) de l'étape critique du processus de fabrication du salpêtre pour la raison indiquée ci-dessus. Là encore, le problème est bien connu dans les projets de transfert de technologie actuels. Néanmoins, cet énoncé de procédure omis semble être le seul fondement de l'allégation relative à l'utilisation de nitrate de calcium. Cela viole le principe de base de la logique selon lequel - l'absence de preuve n'est pas une preuve d'absence.

Hygroscopique ou déliquescent?

La poudre à canon primitive était notoirement difficile à garder au sec. Ceci est généralement attribué à la présence de sels de sodium qui sont hygroscopiques, c'est-à-dire absorbent l'humidité atmosphérique, contrairement au nitrate de potassium qui ne le fait pas. Cependant, il n'est pas exact de décrire le nitrate de calcium comme hygroscopique (ou même très hygroscopique) comme indiqué dans le Das Feuerwerkbuch et ailleurs. Il est correctement décrit comme déliquescent. Autrement dit, en présence d'humidité atmosphérique, il continuera à l'absorber jusqu'à ce qu'il se dissolve. Les cristaux de nitrate de calcium stockés à l'air libre se transforment finalement en une piscine de liquide - pas un matériau prometteur pour un explosif de champ de bataille. La sensibilité à l'humidité de la poudre à canon précoce est suffisamment expliquée par une trace d'impureté du sel de calcium (et / ou de magnésium ou de sodium). Il n'est pas suggéré que le premier salpêtre était du nitrate de potassium pur. En effet, la littérature enregistre des efforts continus pour améliorer la pureté du produit. En outre, les conditions de stockage à cette époque étaient peu susceptibles d'être étanches à l'air et le problème de l'humidité de la poudre à usage naval est évident. Le plancher du Grand Magazine du HMS Victory a une couche de charbon de bois sous le plancher pour absorber l'humidité des cales et le problème était encore présent jusqu'en 1855 lorsque Dundas a donné des détails sur la procédure de séchage de la poudre navale.

La suggestion selon laquelle l'introduction du moletage réduisait l'absorption d'eau ne résiste pas à l'examen. Le nitrate de calcium contient déjà de l'eau de cristallisation liée chimiquement à la molécule (voir infra). En outre, en l'absence de toute compression du gâteau de poudre à canon, les molettes auraient été relativement poreuses et l'effet sur la dynamique d'absorption d'humidité serait faible. Les avantages remarquables du moletage sont de réduire le risque considérable de fines poussières de poudre à canon, d'empêcher la séparation des constituants pendant le transport et de favoriser une combustion plus uniforme en prévoyant le passage du front de combustion à travers la charge.

Preuve chimique

La preuve la plus concluante, cependant, est contenue dans Das Feuerwerkbuch lui-même. L'analyse chimique moderne n'était pas disponible pour les artisans de l'époque mais cela ne veut pas dire qu'ils n'avaient pas d'outils efficaces. De nombreux éléments chimiques donneront une couleur très caractéristique à une flamme. Le sodium produit un jaune caractéristique, du calcium un rouge brique et un lilas potassique. Cela a été rapporté pour la première fois par les alchimistes chinois dès le 5ème siècle (peut-être 3ème siècle) et est couramment rapporté dans la littérature occidentale ultérieure. Das Feuerwerkbuch, Folio 77 indique clairement qu'une flamme bleue est caractéristique du bon salpêtre. Ceci est répété dans le Folio 78:

Si les gouttes (de nitrate purifié) brûlent bien et brillamment et donnent des flammes bleues, le salpêtre est bon.

Le salpêtre est ainsi clairement et sans équivoque identifié comme étant le sel de potassium. Les éditeurs du Firework Book le reconnaissent dans une note de bas de page (p. 11) mais l'auteur ne reconnaît pas la force de cette preuve directe dans le commentaire.

Il est à noter que la couleur caractéristique de la flamme lilas potassique est facilement masquée par même de petites quantités de sodium ou de calcium. Non seulement le sel de potassium est identifié, mais il est également manifestement sensiblement pur.

Preuve expérimentale

Le test ultime de toute hypothèse est l'expérience. La législation britannique actuelle rend difficile l'expérimentation dans ce domaine. Cependant, le danois Groupe de recherche médiéval sur la poudre à canon a fabriqué de la poudre à canon de calcium et a signalé que le mélange «était difficile à enflammer». Il y a de bonnes raisons d'attendre ce résultat. Le nitrate de calcium cristallise avec quatre molécules d'eau de cristallisation. Lorsqu'ils sont chauffés, ils sont chassés pour donner le sel anhydre. L'énergie requise pour cette réaction doit être satisfaite avant que la teneur en oxygène du groupe nitrate puisse être mise à disposition pour la combustion; d'où la difficulté signalée d'allumer un tel mélange.

Conclusion

La théorie selon laquelle la poudre à canon primitive était à base de nitrate de calcium a été examinée. Il est fondé non pas sur des preuves positives, mais sur l’absence de déclaration dans un document médiéval qui aurait pu avoir de bonnes raisons de l’omettre. Cependant, le document contient une déclaration (répétée deux fois) qui identifie clairement et de manière irréfutable le constituant principal du salpêtre comme le nitrate de potassium et ceci est étayé par les propriétés connues du sel de calcium.

Bien que la traduction de Das Fuerwerkbuch reste une contribution précieuse à la littérature sur la poudre à canon primitive, les notes et commentaires associés doivent être traités avec beaucoup de prudence. D'après les preuves disponibles, la théorie selon laquelle la poudre à canon primitive était exclusivement à base de nitrate de calcium est intenable.


Voir la vidéo: How to Make Sodium Nitrate (Septembre 2021).